MIT造出二合一太空推进器:小卫星有望奔赴火星

小卫星有望同时兼顾速度与续航了！

近期，麻省理工学院（MIT）团队开发出一种双模式推进系统，小型卫星基于该系统可以用一个燃料箱同时为化学推进器和电推进器提供动力。

要知道，在传统方案中，这两种推进器都需要单独的、笨重的燃料源，因此往往只能在速度与续航方面“二选一”。

该系统采用了美国空军开发的环保型 ASCENT 推进剂，它既能像传统燃料那样快速机动，又能驱动指甲盖大小的电喷雾推力器实现高效长距离飞行。也就是说，它有可能让卫星既具备“短跑”的爆发力又拥有“长跑”的耐力。

相关论文发表于 Journal of Propulsion and Power，论文题目为“Performance Characterization of Electrospray Thrusters with Energetic Ionic Liquid Monopropellant”[1]。

研究团队认为，这种推进剂在小型航天器领域具有广阔的应用潜力。根据美国航空航天局（NASA）“绿色推进双模”任务计划，将于今年 11 月发射一颗手提箱大小的立方体卫星进行首次在轨验证。

如果验证成功，小型卫星不仅有望以更低成本执行深空探测、火星及小行星带任务，还可以灵活部署用于气象监测等近地应用。

“我们可以将立方体卫星送往火星或小行星带，它们可以利用电喷雾推进器缓慢飞行，”该论文作者之一、麻省理工学院 Amelia Bruno 博士说。“然后，你可以使用化学推进器快速移动，观测感兴趣的地貌特征。这样一来，你就能拥有更大的灵活性，开展更多任务。”

电喷雾推进器（Electrospray Thruster）是一种微型推进装置，大小与硬币类似，它利用电场使液体推进剂中的粒子带电。这些带电粒子随后被喷射到太空中，从而产生推力。

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这些推进器燃料效率极高，非常适合缓慢、精确的机动。它们可以逐步推动航天器跨越广阔的距离，因此适用于长期巡航、姿态控制、深空飞行等。

化学推进器是一种高推力推进系统，通常用于火箭发射以及在太空进行高难度、高速度的机动飞行。研究团队的想法是，或许可以找到一种推进剂能同时适用于两种推进系统，这样小型卫星将更加灵活。

研究团队设计的小型卫星，尺寸从午餐盒大小到小型手提箱大小不等，与传统卫星相比体积更小，并且发射成本也更低。但是，小型航天器需要的其他部件也更小，包括推进系统。

为此，该团队开发了仅指甲盖大小的推进器，每个推进器都安装在一个装有少量离子液体推进剂的小型储液罐上。当储液罐连接到电池时，电池会提供一定电压，让液体中相应数量的离子带电。然后，带电粒子从储液罐中喷出，通过推进器的喷嘴，以喷雾的形式喷射到太空中，最终产生推力。

在过去的十年时间中，研究人员使用各种类型的离子液体推进剂（一种本质上由可以保持液态的盐制成的燃料），在不同条件下进行了多种推进器设计的测试。

“离子液体非常稳定，甚至在太空中也能保持液态，这是很多材料做不到的，”Bruno 说，“它本质上是由大量自由离子组成的，而这项技术也是围绕它展开的，我们可以把这些离子提取出来形成电喷雾。”

图丨电喷雾推进器的图像（来源：Journal of Propulsion and Power）

该团队与美国空军合作，合成了一种新型离子液体推进剂 ASCENT（Advanced Spacecraft Energetic Non-Toxic Propellant）。ASCENT 的设计初衷是作为一种绿色、低毒的替代品，取代传统的化学推进燃料肼，后者是一种极其危险且难以处理的物质。